TED2002
Robert Full: Robots inspired by cockroach ingenuity
Robert Full sobre engenharia e evolução
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Insetos e animais evoluíram habilidades impressionantes -- mas, como nota Robert Full, muitos animais têm mais partes que o necessário. O ideal é copiar só o necessário. Ele mostra como engenheiros podem aprender a partir dos truques dos animais.
Robert Full - Biologist
Robert Full studies cockroach legs and gecko feet. His research is helping build tomorrow's robots, based on evolution's ancient engineering. Full bio
Robert Full studies cockroach legs and gecko feet. His research is helping build tomorrow's robots, based on evolution's ancient engineering. Full bio
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00:19
Welcome. If I could have the first slide, please?
0
1000
5000
Bem-vindos. Poderia passar o primeiro slide, por favor?
00:33
Contrary to calculations made by some engineers, bees can fly,
1
15000
5000
Ao contrário dos cálculos feitos por engenheiros, abelhas podem voar,
00:38
dolphins can swim, and geckos can even climb
2
20000
7000
golfinhos podem nadar, e lagartos podem escalar
00:45
up the smoothest surfaces. Now, what I want to do, in the short time I have,
3
27000
6000
as superfícies mais lisas. Com o pouco tempo de que disponho, quero fazer com que
00:51
is to try to allow each of you to experience
4
33000
4000
cada um de vocês experimente,
00:55
the thrill of revealing nature's design.
5
37000
6000
de certa maneira, o prazer de descobrir o design da natureza.
01:01
I get to do this all the time, and it's just incredible.
6
43000
2000
Eu faço isso o tempo todo, e é incrível.
01:03
I want to try to share just a little bit of that with you in this presentation.
7
45000
6000
Gostaria de compartilhar um pouco disto com vocês nesta palestra.
01:09
The challenge of looking at nature's designs --
8
51000
2000
O desafio de perceber o design da natureza --
01:11
and I'll tell you the way that we perceive it, and the way we've used it.
9
53000
4000
e eu vou contar o jeito como nós o percebemos, e como o usamos.
01:15
The challenge, of course, is to answer this question:
10
57000
2000
O desafio, é lógico, é responder a esta questão:
01:17
what permits this extraordinary performance of animals
11
59000
3000
O que faz com que estes animais tenham este desempenho
01:20
that allows them basically to go anywhere?
12
62000
3000
a ponto de irem onde quer que queiram?
01:23
And if we could figure that out, how can we implement those designs?
13
65000
7000
E se nós descobríssemos um jeito de implementar estes designs?
01:30
Well, many biologists will tell engineers, and others,
14
72000
3000
Bem, muitos biólogos dirão a engenheiros e outros,
01:33
organisms have millions of years to get it right;
15
75000
3000
que os organismos levaram milhões de anos até chegarem a este ponto,
01:36
they're spectacular; they can do everything wonderfully well.
16
78000
3000
que são espetaculares, e que podem fazer qualquer coisa espetacularmente bem,
01:39
So, the answer is bio-mimicry: just copy nature directly.
17
81000
4000
e que a resposta é biomímica -- copiar diretamente a natureza.
01:43
We know from working on animals that the truth is
18
85000
5000
Sabemos, de nosso trabalho com animais que, na verdade, isto é
01:48
that's exactly what you don't want to do -- because evolution works
19
90000
4000
exatamente o que você não deve fazer. Porque a evolução trabalha
01:52
on the just-good-enough principle, not on a perfecting principle.
20
94000
3000
sob o princípio do "bom-o-bastante", e não num princípio de aperfeiçoamento.
01:55
And the constraints in building any organism, when you look at it,
21
97000
4000
E as limitações em construir um organismo, quando você olha para ele,
01:59
are really severe. Natural technologies have incredible constraints.
22
101000
5000
são muito severas. As tecnologias naturais têm limitações incríveis.
02:04
Think about it. If you were an engineer and I told you
23
106000
3000
Pense a respeito. Se você fosse um engenheiro e eu dissesse
02:07
that you had to build an automobile, but it had to start off to be this big,
24
109000
5000
que você teria que construir um automóvel, mas que ele teria que ser pequenininho,
02:12
then it had to grow to be full size and had to work every step along the way.
25
114000
4000
e que ele teria que crescer até ficar grande e que teria que funcionar durante todo o processo.
02:16
Or think about the fact that if you build an automobile, I'll tell you that you also -- inside it --
26
118000
4000
Pense que se você construisse um automóvel, que você também teria que, dentro dele,
02:20
have to put a factory that allows you to make another automobile.
27
122000
4000
colocar uma fábrica que permitiria construir outros automóveis.
02:24
(Laughter)
28
126000
2000
(Risos)
02:26
And you can absolutely never, absolutely never, because of history
29
128000
4000
Você nunca poderia, nunca, por causa do passado
02:30
and the inherited plan, start with a clean slate.
30
132000
4000
e da configuração herdada, começar por uma 'tabula rasa'.
02:34
So, organisms have this important history.
31
136000
3000
Então, organismos têm este passado importante.
02:37
Really evolution works more like a tinkerer than an engineer.
32
139000
5000
Na verdade, a evolução trabalha mais como um funileiro que como um engenheiro.
02:42
And this is really important when you begin to look at animals.
33
144000
3000
E isto é muito importante quando você começa a prestar atenção nos animais.
02:45
Instead, we believe you need to be inspired by biology.
34
147000
7000
Ao invés disto, acreditamos que você precisa ser inspirado pela biologia.
02:52
You need to discover the general principles of nature,
35
154000
4000
Você precisa descobrir os princípios gerais da natureza.
02:56
and then use these analogies when they're advantageous.
36
158000
3000
e usar as analogias quando são vantajosas.
03:02
This is a real challenge to do this, because animals,
37
164000
3000
E isto é um desafio e tanto, porque
03:05
when you start to really look inside them -- how they work --
38
167000
3000
quando você começa a prestar atenção nos animais,
03:08
appear hopelessly complex. There's no detailed history
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170000
4000
ele parecem ser inacreditavelmente complexos. Não existe um memorial detalhado
03:12
of the design plans, you can't go look it up anywhere.
40
174000
3000
dos projetos anteriores, e você não pode consultá-lo em lugar nenhum.
03:15
They have way too many motions for their joints, too many muscles.
41
177000
4000
Eles têm movimentos demais nas suas juntas, músculos demais,
03:19
Even the simplest animal we think of, something like an insect,
42
181000
3000
mesmo o animal mais simples que podemos imaginar, algo como um inseto,
03:22
and they have more neurons and connections than you can imagine.
43
184000
3000
tem mais neurônios e conexões que você pode imaginar.
03:25
How can you make sense of this? Well, we believed --
44
187000
5000
Como você pode racionalizar isto? Bem, acreditamos --
03:30
and we hypothesized -- that one way animals could work simply,
45
192000
5000
e formulamos hipóteses -- que eles poderiam funcionar de forma simples,
03:35
is if the control of their movements
46
197000
3000
se fizéssemos com que o controle de seus movimentos
03:38
tended to be built into their bodies themselves.
47
200000
6000
fosse construído junto com seus próprios corpos.
03:44
What we discovered was that two-, four-, six- and eight-legged animals
48
206000
7000
Descobrimos que animais de duas, quatro, seis e oito pernas
03:51
all produce the same forces on the ground when they move.
49
213000
3000
todos produzem as mesmas forças no chão quando se movimentam.
03:54
They all work like this kangaroo, they bounce.
50
216000
4000
Eles todos fazem como o canguru, eles pulam.
03:58
And they can be modeled by a spring-mass system that we call the spring mass system
51
220000
4000
E podem ser modelados através de um sistema de oscilador-massa, que chamamos de sistema de oscilador-massa
04:02
because we're biomechanists. It's actually a pogo stick.
52
224000
3000
porque somos bio mecânicos, na verdade é um pula-pula.
04:05
They all produce the pattern of a pogo stick. How is that true?
53
227000
4000
Eles sempre produzem o padrão do pula-pula. Como assim?
04:09
Well, a human, one of your legs works like two legs of a trotting dog,
54
231000
6000
Bem, num humano, uma de suas pernas funciona como duas pernas de um cachorro trotando
04:15
or works like three legs, together as one, of a trotting insect,
55
237000
4000
ou como três de um inseto no trote,
04:19
or four legs as one of a trotting crab.
56
241000
2000
ou quatro de um carangueijo trotando.
04:21
And then they alternate in their propulsion,
57
243000
4000
E elas alternam na propulsão,
04:25
but the patterns are all the same. Almost every organism we've looked at this way
58
247000
5000
mas os padrões são sempre os mesmos. Quase todos os organismos que estudamos
04:30
-- you'll see next week, I'll give you a hint,
59
252000
2000
-- vocês verão na próxima semana -- Vou dar uma dica,
04:32
there'll be an article coming out that says that really big things
60
254000
3000
haverá um artigo saindo que diz que coisas grandes
04:35
like T. rex probably couldn't do this, but you'll see that next week.
61
257000
4000
como o T. Rex provavelmente não podiam fazer isto, mas vocês verão na semana que vem.
04:39
Now, what's interesting is the animals, then -- we said -- bounce along
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261000
2000
O que é interessante é que os animais que mencionamos pulam
04:41
the vertical plane this way, and in our collaborations with Pixar,
63
263000
3000
no plano vertical deste modo, e em colaboração com a Pixar
04:44
in "A Bug's Life," we discussed the
64
266000
2000
em "Vida de inseto", discutimos a
04:46
bipedal nature of the characters of the ants.
65
268000
3000
natureza bípede dos personagens das formigas.
04:49
And we told them, of course, they move in another plane as well.
66
271000
2000
E dissemos que elas se movem no outro plano também,
04:51
And they asked us this question. They say, "Why model
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273000
3000
e nos fizeram a seguinte pergunta. "Por que modelar
04:54
just in the sagittal plane or the vertical plane,
68
276000
2000
somente o plano sagital (ou o vertical),
04:56
when you're telling us these animals are moving
69
278000
2000
quando está nos dizendo que se movem
04:58
in the horizontal plane?" This is a good question.
70
280000
3000
no plano horizontal?" Esta é uma boa questão.
05:01
Nobody in biology ever modeled it this way.
71
283000
3000
Nenhum biólogo modelou deste jeito antes.
05:04
We took their advice and we modeled the animals moving
72
286000
4000
Aceitamos o conselho e modelamos o animal se movendo
05:08
in the horizontal plane as well. We took their three legs,
73
290000
3000
no plano horizontal também. Pegamos três pernas,
05:11
we collapsed them down as one.
74
293000
1000
agrupamos em uma só,
05:12
We got some of the best mathematicians in the world
75
294000
3000
chamamos os melhores matemáticos no mundo
05:15
from Princeton to work on this problem.
76
297000
2000
de Princeton para resolver a questão.
05:17
And we were able to create a model
77
299000
3000
E conseguimos criar um modelo
05:20
where animals are not only bouncing up and down,
78
302000
1000
no qual os animais não só pulam para cima e para baixo,
05:21
but they're also bouncing side to side at the same time.
79
303000
4000
mas também de um lado para o outro ao mesmo tempo.
05:25
And many organisms fit this kind of pattern.
80
307000
2000
E muitos organismos se encaixam neste padrão.
05:27
Now, why is this important to have this model?
81
309000
2000
Mas por que é importante chegar a este modelo?
05:29
Because it's very interesting. When you take this model
82
311000
3000
Porque é interessante. Quando pegamos este modelo
05:32
and you perturb it, you give it a push,
83
314000
3000
e o perturbamos, damos um empurrão,
05:35
as it bumps into something, it self-stabilizes, with no brain
84
317000
4000
quando ele bate em alguma coisa, ele se auto-estabiliza, sem cérebro,
05:39
or no reflexes, just by the structure alone.
85
321000
4000
ou sem reflexos, apenas por sua estrutura.
05:43
It's a beautiful model. Let's look at the mathematics.
86
325000
5000
É um modelo bonito. Vamos dar uma olhada na matemática.
05:48
(Laughter)
87
330000
2000
(Risos)
05:50
That's enough!
88
332000
1000
Pronto!
05:51
(Laughter)
89
333000
4000
(Risos)
05:55
The animals, when you look at them running,
90
337000
2000
Os animais, quando olhamos eles correndo
05:57
appear to be self-stabilizing like this,
91
339000
3000
parecem se auto-estabilizar assim,
06:00
using basically springy legs. That is, the legs can do
92
342000
3000
usando basicamente pernas elásticas. Isto é, as pernas podem
06:03
computations on their own; the control algorithms, in a sense,
93
345000
3000
processar por si mesmas, os algoritmos de controle estão inseridos
06:06
are embedded in the form of the animal itself.
94
348000
3000
de certo modo, na forma do próprio animal.
06:09
Why haven't we been more inspired by nature and these kinds of discoveries?
95
351000
7000
Por que não nos inspiramos na natureza e por este tipo de descoberta mais frequentemente?
06:16
Well, I would argue that human technologies are really different from
96
358000
4000
Bem, eu diria que as tecnologias humanas são realmente diferentes das
06:20
natural technologies, at least they have been so far.
97
362000
3000
tecnologias naturais, ao menos têm sido até agora.
06:23
Think about the typical kind of robot that you see.
98
365000
5000
Pense no típico robô que você vê.
06:28
Human technologies have tended to be large, flat,
99
370000
3000
Tecnologias humanas tendem a ser grandes, planas,
06:31
with right angles, stiff, made of metal. They have rolling devices
100
373000
5000
com ângulos retos, duras, feitas de metal. Elas têm rolamentos
06:36
and axles. There are very few motors, very few sensors.
101
378000
3000
e eixos. Existem poucos motores, poucos sensores.
06:39
Whereas nature tends to be small, and curved,
102
381000
5000
Enquanto a natureza tende a ser pequena, e curva,
06:44
and it bends and twists, and has legs instead, and appendages,
103
386000
3000
e ela se curva e torce e têm pernas em vez de apêndices,
06:47
and has many muscles and many, many sensors.
104
389000
3000
e tem muitos músculos e muitos e muitos sensores.
06:50
So it's a very different design. However, what's changing,
105
392000
4000
Portanto, é um design muito diferente. E no entanto,
06:54
what's really exciting -- and I'll show you some of that next --
106
396000
2000
o que está mudando -- e eu vou mostrar para vocês em breve --
06:56
is that as human technology takes on more of the characteristics
107
398000
3000
é que quanto mais a tecnologia humana tomar emprestado características
06:59
of nature, then nature really can become a much more useful teacher.
108
401000
6000
da natureza, mais a natureza pode se tornar um professor eficiente.
07:05
And here's one example that's really exciting.
109
407000
2000
E aqui está um exemplo que é muito interessante.
07:07
This is a collaboration we have with Stanford.
110
409000
2000
Esta é uma colaboração que temos com Stanford.
07:09
And they developed this new technique, called Shape Deposition Manufacturing.
111
411000
4000
E eles desenvolveram uma técnica chamada Produção de Deposição de Formas.
07:13
It's a technique where they can mix materials together and mold any shape
112
415000
4000
É uma técnica na qual eles podem misturar materiais e moldar qualquer forma
07:17
that they like, and put in the material properties.
113
419000
4000
que queiram, e colocar as propriedades do material.
07:21
They can embed sensors and actuators right in the form itself.
114
423000
3000
Podem colocar sensores e atuadores dentro de própria forma.
07:24
For example, here's a leg: the clear part is stiff,
115
426000
5000
Por exemplo, aqui está uma perna -- a parte transparente é dura,
07:29
the white part is compliant, and you don't need any axles there or anything.
116
431000
3000
a parte branca é adaptável, e você não precisa de nenhum eixo ou coisa parecida.
07:32
It just bends by itself beautifully.
117
434000
3000
Ela simplesmente se curva de forma elegante.
07:35
So, you can put those properties in. It inspired them to show off
118
437000
3000
Portanto, você pode por estas propriedades lá. Isto os inspirou a mostrar
07:38
this design by producing a little robot they named Sprawl.
119
440000
6000
este design produzindo um robozinho batizado de Sprawl.
07:44
Our work has also inspired another robot, a biologically inspired bouncing robot,
120
446000
4000
Nosso trabalho também inspirou outro robô, um robô pulador, inspirado pela biologia,
07:48
from the University of Michigan and McGill
121
450000
2000
da Universidade do Michigan e McGill
07:50
named RHex, for robot hexapod, and this one's autonomous.
122
452000
8000
batizado de RHex, por ser um robô hexápode, e ele é autônomo.
07:58
Let's go to the video, and let me show you some of these animals moving
123
460000
3000
Vamos ver o vídeo e deixem-me mostrar alguns destes animais se movendo.
08:01
and then some of the simple robots
124
463000
2000
Então, estes são alguns dos robôs mais simples
08:03
that have been inspired by our discoveries.
125
465000
3000
que foram inspirados em nossas descobertas.
08:06
Here's what some of you did this morning, although you did it outside,
126
468000
4000
Isto é o que alguns de vocês fizeram hoje pela manhã, embora tenham feito ao ar livre
08:10
not on a treadmill.
127
472000
2000
e não na esteira ergométrica.
08:12
Here's what we do.
128
474000
3000
Aqui é o que nós fazemos.
08:15
(Laughter)
129
477000
2000
(Risos)
08:17
This is a death's head cockroach. This is an American cockroach
130
479000
5000
Esta é uma barata -- do tipo americana
08:22
you think you don't have in your kitchen.
131
484000
1000
que você pensa que não tem em sua cozinha.
08:23
This is an eight-legged scorpion, six-legged ant, forty-four-legged centipede.
132
485000
7000
Este é um escorpião de oito pernas, uma formiga de seis pernas e um centípede de quarenta e quatro pernas.
08:30
Now, I said all these animals are sort of working like pogo sticks --
133
492000
3000
Eu disse que estes animais são como pula-pulas --
08:33
they're bouncing along as they move. And you can see that
134
495000
4000
eles estão pulando enquanto se movem e você pode ver isto
08:37
in this ghost crab, from the beaches of Panama and North Carolina.
135
499000
3000
neste carangueijo Maria-farinha das praias do Panamá e da Carolina do Norte.
08:40
It goes up to four meters per second when it runs.
136
502000
3000
Ele chega a quatro metros por segundo quando corre.
08:43
It actually leaps into the air, and has aerial phases
137
505000
3000
Na verdade, ele pula no ar e tem fases aéreas
08:46
when it does it, like a horse, and you'll see it's bouncing here.
138
508000
4000
quando pula, como um cavalo, e você pode ver ele pulando aqui.
08:50
What we discovered is whether you look at the leg of a human
139
512000
3000
Descobrimos que não importa se você olha para uma perna de um humano
08:53
like Richard, or a cockroach, or a crab, or a kangaroo,
140
515000
6000
como o Richard, ou uma barata, ou um carangueijo, ou um canguru,
08:59
the relative leg stiffness of that spring is the same for everything we've seen so far.
141
521000
5000
a rigidez relativa daquela mola é a mesma para todos os que estudamos até agora.
09:04
Now, what good are springy legs then? What can they do?
142
526000
2000
Mas será que as pernas elásticas são mesmo boas, o que elas podem fazer?
09:06
Well, we wanted to see if they allowed the animals
143
528000
2000
Bem, nós queríamos descobrir se elas davam maior estabilidade
09:08
to have greater stability and maneuverability.
144
530000
3000
e capacidade de manobra aos animais.
09:11
So, we built a terrain that had obstacles three times the hip height
145
533000
4000
Então fizemos um terreno que tinha três vezes o tamanho da coxa
09:15
of the animals that we're looking at.
146
537000
1000
dos animais que estávamos estudando,
09:16
And we were certain they couldn't do this. And here's what they did.
147
538000
4000
e estávamos certos que eles não conseguiriam vencer os obstáculos. E isto foi o que fizeram.
09:20
The animal ran over it and it didn't even slow down!
148
542000
3000
O animal correu sobre eles e nem mesmo diminuiu sua velocidade.
09:23
It didn't decrease its preferred speed at all.
149
545000
2000
Ele não diminuiu sua velocidade em nada.
09:25
We couldn't believe that it could do this. It said to us
150
547000
3000
Não acreditávamos que ele pudesse fazer isto. Isto nos dizia
09:28
that if you could build a robot with very simple, springy legs,
151
550000
5000
que se você pudesse cunstruir um robô com pernas elásticas muito simples,
09:33
you could make it as maneuverable as any that's ever been built.
152
555000
6000
poderíamos fazê-lo tão manobrável quanto qualquer outro construído até hoje.
09:39
Here's the first example of that. This is the Stanford
153
561000
2000
Este é o primeiro exemplo disto, este é o robô
09:41
Shape Deposition Manufactured robot, named Sprawl.
154
563000
3000
da Produção de Deposição de Formas de Stanford, chamado Sprawl.
09:44
It has six legs -- there are the tuned, springy legs.
155
566000
6000
Ele tem seis eprnas -- estas são as pernas elásticas ajustáveis.
09:50
It moves in a gait that an insect uses, and here it is
156
572000
3000
Ele se move num andar típico de um inseto, e aqui está ele
09:53
going on the treadmill. Now, what's important about this robot,
157
575000
7000
numa esteira. O que é importante a respeito dele,
10:00
compared to other robots, is that it can't see anything,
158
582000
3000
quando comparado com outros, é que ele não pode ver nada,
10:03
it can't feel anything, it doesn't have a brain, yet it can maneuver
159
585000
6000
não pode sentir nada, não tem um cérebro, e mesmo assim ele pode manobrar
10:09
over these obstacles without any difficulty whatsoever.
160
591000
6000
por cima destes obstáculos sem a menor dificuldade.
10:15
It's this technique of building the properties into the form.
161
597000
4000
Este é o resultado desta técnica de inserir propriedades na própria forma.
10:19
This is a graduate student. This is what he's doing to his thesis project --
162
601000
3000
Este é um estudande de gradução, e isto é o que ele está fazendo à sua tese,
10:22
very robust, if a graduate student
163
604000
2000
muito resistente, se um estudante
10:24
does that to his thesis project.
164
606000
2000
faz isto à sua tese!
10:26
(Laughter)
165
608000
1000
(Risos)
10:27
This is from McGill and University of Michigan. This is the RHex,
166
609000
4000
Isto é da McGill e da Universidade do Michigan, é o RHex,
10:31
making its first outing in a demo.
167
613000
3000
saindo pela primeira vez, numa demo.
10:34
(Laughter)
168
616000
4000
(Risos)
10:38
Same principle: it only has six moving parts,
169
620000
5000
É o mesmo princípio. Ele tem só seis partes móveis.
10:43
six motors, but it has springy, tuned legs. It moves in the gait of the insect.
170
625000
6000
Seis motores, mas tem pernas elásticas. Se move com o andar de um inseto
10:49
It has the middle leg moving in synchrony with the front,
171
631000
4000
e sincroniza o andar da perna do meio com a da frente
10:53
and the hind leg on the other side. Sort of an alternating tripod,
172
635000
4000
e a de trás do lado oposto. Uma espécie de tripé alternado,
10:57
and they can negotiate obstacles just like the animal.
173
639000
4000
e eles podem administrar obstáculos exatamente como um animal.
11:01
(Laughter)
174
643000
6000
(Risos)
11:07
(Voice: Oh my God.)
175
649000
1000
(Ai meu Deus!)
11:08
(Applause)
176
650000
5000
(Aplausos)
11:13
Robert Full: It'll go on different surfaces -- here's sand --
177
655000
2000
Ele pode andar em superfícies diferentes, aqui está areia,
11:15
although we haven't perfected the feet yet, but I'll talk about that later.
178
657000
5000
embora ainda não tenhamos aperfeiçoado os pés, mas eu falo disto depois.
11:20
Here's RHex entering the woods.
179
662000
3000
Aqui está o RHex entrando na floresta.
11:23
(Laughter)
180
665000
2000
(Risos)
11:38
Again, this robot can't see anything, it can't feel anything,
181
680000
4000
Novamente este robô não pode ver ou sentir nada,
11:42
it has no brain. It's just working with a tuned mechanical system,
182
684000
6000
e não tem cérebro. Está trabalhando apenas com um sistema mecânico ajustado,
11:48
with very simple parts, but inspired from the fundamental dynamics of the animal.
183
690000
10000
com partes muito simples. Mas inspirado na mecânica fundamental de um animal.
11:58
(Voice: Ah, I love him, Bob.) RF: Here's it going down a pathway.
184
700000
8000
Ah, eu adoro ele Bob. Aqui vai ele descendo um caminho.
12:06
I presented this to the jet propulsion lab at NASA, and they said
185
708000
3000
Eu o apresentei ao laboratório de propulsão a jato da NASA, e disseram
12:09
that they had no ability to go down craters to look for ice,
186
711000
4000
que eles não tem habilidade de descer crateras para procurar gelo,
12:13
and life, ultimately, on Mars. And he said --
187
715000
4000
e, em última análise, vida em Marte. Especialmente
12:17
especially with legged-robots, because they're way too complicated.
188
719000
2000
com robôs com pernas porque eles são muito complicados.
12:19
Nothing can do that. And I talk next. I showed them this video
189
721000
5000
Nada pode fazer isto. E eu falei depois. Mostrei este video
12:24
with the simple design of RHex here. And just to convince them
190
726000
3000
com o design simples do RHex aqui, e os convenci
12:27
we should go to Mars in 2011, I tinted the video orange
191
729000
4000
que nós devemos ir à Marte em 2011, pintei o video de laranja
12:31
just to give them the sense of being on Mars.
192
733000
3000
para dar a impressão de que estávamos em Marte.
12:34
(Laughter)
193
736000
1000
(Risos)
12:35
(Applause)
194
737000
6000
(Aplausos)
12:43
Another reason why animals have extraordinary performance,
195
745000
3000
Outro motivo que faz com que animais tenham um desempenho extraordinário
12:46
and can go anywhere, is because they have an effective interaction
196
748000
3000
e possam ir onde quiserem, é que eles têm uma interação efetiva
12:49
with the environment. The animal I'm going to show you,
197
751000
3000
com o ambiente. O animal que vou mostrar agora
12:52
that we studied to look at this, is the gecko.
198
754000
4000
que estudamos para isso é a lagartixa.
12:56
We have one here and notice its position. It's holding on.
199
758000
7000
Temos uma aqui... percebam a sua posição. Está se segurando.
13:03
Now I'm going to challenge you. I'm going show you a video.
200
765000
3000
Agora vou lançar um desafio. Vou mostrar o vídeo.
13:06
One of the animals is going to be running on the level,
201
768000
2000
Um dos animais vai estar correndo em nível,
13:08
and the other one's going to be running up a wall. Which one's which?
202
770000
4000
e outro vai estar subindo uma parede. Qual é qual?
13:12
They're going at a meter a second. How many think the one on the left
203
774000
5000
Eles correm a um metro por segundo. Quantos de vocês pensam que o da esquerda
13:17
is running up the wall?
204
779000
2000
é o que está subindo a parede?
13:19
(Applause)
205
781000
4000
(Aplausos)
13:23
Okay. The point is it's really hard to tell, isn't it? It's incredible,
206
785000
5000
Ok. A verdade é que é muito difícil dizer, não é? É incrível,
13:28
we looked at students do this and they couldn't tell.
207
790000
2000
vemos os estudantes fazerem isto e eles mesmos não sabem dizer.
13:30
They can run up a wall at a meter a second, 15 steps per second,
208
792000
3000
Eles podem subir uma parede a um metro por segundo, quinze passos por segundo,
13:33
and they look like they're running on the level. How do they do this?
209
795000
4000
e parece que estão andando em nível, Como eles conseguem?
13:37
It's just phenomenal. The one on the right was going up the hill.
210
799000
6000
É fenomenal. O da direita é o que está subindo.
13:43
How do they do this? They have bizarre toes. They have toes
211
805000
4000
Como eles conseguem -- eles têm dedos estranhos -- têm dedos
13:47
that uncurl like party favors when you blow them out,
212
809000
4000
que desenrolam como uma lingua-de-sogra quando alguém assopra,
13:51
and then peel off the surface, like tape.
213
813000
3000
e descolam da superfície como uma fita.
13:54
Like if we had a piece of tape now, we'd peel it this way.
214
816000
2000
Como se tivéssemos um pedaço de fita e fôssemos descolá-la.
13:56
They do this with their toes. It's bizarre! This peeling inspired
215
818000
7000
Eles fazem isso com os dedos. É estranho. Este descolamento inspirou
14:03
iRobot -- that we work with -- to build Mecho-Geckos.
216
825000
3000
a iRobot com a qual trabalhamos, a construir Mecho-Geckos. (Lagartixas-Mecânicas)
14:06
Here's a legged version and a tractor version, or a bulldozer version.
217
828000
7000
Aqui temos uma versão com pernas e outra sem, parecida com um trator.
14:13
Let's see some of the geckos move with some video,
218
835000
2000
Vamos ver como as lagartixas se movem com um vídeo.
14:15
and then I'll show you a little bit of a clip of the robots.
219
837000
3000
e depois vou mostrar um pouco dos robôs.
14:18
Here's the gecko running up a vertical surface. There it goes,
220
840000
3000
temos a lagartixa subindo uma superfície vertical, aí vai ela,
14:21
in real time. There it goes again. Obviously, we have to slow this down a little bit.
221
843000
7000
em tempo real, olha ela aí de novo. Obviamente temos que ver em câmera lenta.
14:28
You can't use regular cameras.
222
850000
2000
não podemos usar câmeras comuns.
14:30
You have to take 1,000 pictures per second to see this.
223
852000
3000
Temos que filmar a 1000 quadros por segundo para ver isto.
14:33
And here's some video at 1,000 frames per second.
224
855000
3000
E aqui vemos o vídeo com 1000 quadros por segundo.
14:36
Now, I want you to look at the animal's back.
225
858000
2000
Gostaria de olhassem para as costas do animal.
14:38
Do you see how much it's bending like that? We can't figure that out --
226
860000
3000
Vocês vêem como ela se dobra? Nós não conseguimos explicar --
14:41
that's an unsolved mystery. We don't know how it works.
227
863000
3000
é um mistério ainda. Não sabemos como funciona.
14:44
If you have a son or a daughter that wants to come to Berkeley,
228
866000
3000
Se você tem um filho ou filha que quer vir para Berkeley,
14:47
come to my lab and we'll figure this out. Okay, send them to Berkeley
229
869000
4000
venha ao meu laboratório e vamos descobrir isto juntos. Ok, mande-os para Berkeley
14:51
because that's the next thing I want to do. Here's the gecko mill.
230
873000
3000
porque esta é a próxima pesquisa que quero fazer.. Esta é a esteira da lagartixa.
14:54
(Laughter)
231
876000
1000
(Risos)
14:55
It's a see-through treadmill with a see-through treadmill belt,
232
877000
3000
É uma esteira transparente com uma cinta também transparente,
14:58
so we can watch the animal's feet, and videotape them
233
880000
3000
para que possamos assistir aos pés do animal, e gravar em vídeo
15:01
through the treadmill belt, to see how they move.
234
883000
3000
através da esteira, para ver como eles se movem.
15:04
Here's the animal that we have here, running on a vertical surface.
235
886000
4000
Aqui vemos o animal que temos aqui, correndo numa superfície vertical,
15:08
Pick a foot and try to watch a toe, and see if you can see what the animal's doing.
236
890000
6000
escolha um pé e tente ver o dedo, e veja se consegue ver o que o animal está fazendo.
15:14
See it uncurl and then peel these toes.
237
896000
2000
Veja ele desenrolar e descolar os dedos.
15:16
It can do this in 14 milliseconds. It's unbelievable.
238
898000
7000
Ele pode fazer isto em 14 milisegundos. É inacreditável.
15:23
Here are the robots that they inspire, the Mecho-Geckos from iRobot.
239
905000
4000
Estes são os robôs que ele inspirou, os Mecho-Geckos, da iRobot.
15:27
First we'll see the animals toes peeling -- look at that.
240
909000
5000
Primeiro vamos ver os dedos dele descolando - veja isto!
15:32
And here's the peeling action of the Mecho-Gecko.
241
914000
4000
E aqui o descolamento do Mecho-Gecko
15:36
It uses a pressure-sensitive adhesive to do it.
242
918000
3000
ele usa um adesivo sensível à pressão para fazer isto.
15:39
Peeling in the animal. Peeling in the Mecho-Gecko --
243
921000
3000
Descolamento no animal, descolamento no Mecho-Gecko,
15:42
that allows them climb autonomously. Can go on the flat surface,
244
924000
3000
que permite com que possa escalar de forma autônoma, pode andar numa superfície lisa,
15:45
transition to a wall, and then go onto a ceiling.
245
927000
3000
numa transição para uma parede, e depois andar pelo teto.
15:48
There's the bulldozer version. Now, it doesn't use pressure-sensitive glue.
246
930000
6000
Esta é a versão trator. Ela usa cola sensível a pressão.
15:54
The animal does not use that.
247
936000
2000
O animal não usa.
15:56
But that's what we're limited to, at the moment.
248
938000
2000
Mas estamos limitados a esta solução no momento.
15:58
What does the animal do? The animal has weird toes.
249
940000
5000
O que o animal usa? Ele tem dedos estranhos,
16:03
And if you look at the toes, they have these little leaves there,
250
945000
4000
e se você olha para os dedos, eles têm estas folhas,
16:07
and if you blow them up and zoom in, you'll see
251
949000
2000
E se você amplia a imagem você vai ver
16:09
that's there's little striations in these leaves.
252
951000
3000
que existem estrias pequenas nas folhas.
16:12
And if you zoom in 270 times, you'll see it looks like a rug.
253
954000
7000
e se você amplia 270 vezes, você vê que se parece com um tapete.
16:19
And if you blow that up, and zoom in 900 times,
254
961000
3000
E se você amplia mais ainda, 900 vezes,
16:22
you see there are hairs there, tiny hairs. And if you look carefully,
255
964000
5000
você vai ver que existem pelos ali, pequenos, e se você olhar com cuidado
16:27
those tiny hairs have striations. And if you zoom in on those 30,000 times,
256
969000
6000
estes pelinhos têm estrias. E se você amplia 30.000 vezes,
16:33
you'll see each hair has split ends.
257
975000
3000
vai descobrir que cada pelo tem várias pontas.
16:36
And if you blow those up, they have these little structures on the end.
258
978000
5000
E se amplia mais, vai ver que existem pequenas estruturas no final.
16:41
The smallest branch of the hairs looks like spatulae,
259
983000
2000
O menor pedaço parece com uma espátula
16:43
and an animal like that has one billion of these nano-size split ends,
260
985000
7000
e um animal como este têm cerca de 1 bilhão destas pontas
16:50
to get very close to the surface. In fact, there's the diameter of your hair --
261
992000
5000
para ficar muito perto da superfície. Na verdade, este é o diâmetro do seu cabelo,
16:55
a gecko has two million of these, and each hair has 100 to 1,000 split ends.
262
997000
6000
uma lagartixa tem 2 milhões destes e cada um tem entre 100 e 1.000 pontas.
17:01
Think of the contact of that that's possible.
263
1003000
3000
Pense no contato que é possível com isto.
17:04
We were fortunate to work with another group
264
1006000
2000
Tivemos a chance de trabalhar com outro grupo
17:06
at Stanford that built us a special manned sensor,
265
1008000
2000
de Stanford que construiu um sensor especialmente para nós
17:08
that we were able to measure the force of an individual hair.
266
1010000
3000
e pudemos medir a força de cada pelo.
17:11
Here's an individual hair with a little split end there.
267
1013000
5000
Este é um pelo individual com várias pontas,
17:16
When we measured the forces, they were enormous.
268
1018000
2000
quando medimos as forças, elas eram enormes,
17:18
They were so large that a patch of hairs about this size --
269
1020000
3000
elas eram tão grandes que um grupo de pelos deste tamanho,
17:21
the gecko's foot could support the weight of a small child,
270
1023000
4000
que o pé da lagartixa poderia suportar o peso de uma criança --
17:25
about 40 pounds, easily. Now, how do they do it?
271
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por volta de 18 quilos, facilmente. Como eles funcionam?
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We've recently discovered this. Do they do it by friction?
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Descobrimos isto recentemente. Será que eles usam fricção?
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No, force is too low. Do they do it by electrostatics?
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Não, a força é muito pequena. Usam eletrostática?
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No, you can change the charge -- they still hold on.
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Não, se mudamos a carga eles ainda funcionam.
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Do they do it by interlocking? That's kind of a like a Velcro-like thing.
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Eles usam aquele efeito de adesão como o do Velcro?
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No, you can put them on molecular smooth surfaces -- they don't do it.
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Não, podemos coloca-los em superfícies lisas -- eles não usam.
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How about suction? They stick on in a vacuum.
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Que tal sucção? Eles se grudam mesmo no vácuo.
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How about wet adhesion? Or capillary adhesion?
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E que tal adesivos? Ou adesão capilar?
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They don't have any glue, and they even stick under water just fine.
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Eles não usam nenhum tipo de cola, e funcionam mesmo debaixo d'água.
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If you put their foot under water, they grab on.
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Se você põe os pés deles debaixo d'água eles continuam grudados.
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How do they do it then? Believe it or not, they grab on
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Como eles conseguem então? Acredite ou não, eles aderem
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by intermolecular forces, by Van der Waals forces.
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através de forças intermoleculares, pela força de van der Waals.
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You know, you probably had this a long time ago in chemistry,
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Você provavelmente estudou isto há muito tempo, em Química
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where you had these two atoms, they're close together,
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quando você tem dois átomos, um perto do outro,
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and the electrons are moving around. That tiny force is sufficient
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e os elétrons se movem em volta. Esta pequena força é suficiente
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to allow them to do that because it's added up so many times
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para que eles façam isto, porque ela é somada muitíssimas vezes
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with these small structures.
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com estas estruturas minúsculas.
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What we're doing is, we're taking that inspiration of the hairs,
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Agora estamos pegando esta inspiração dos pelos,
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and with another colleague at Berkeley, we're manufacturing them.
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e com outro colega de Berkeley, estamos entrando em produção.
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And just recently we've made a breakthrough, where we now believe
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E recentemente tivemos uma descoberta com a qual acreditamos
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we're going to be able to create the first synthetic, self-cleaning,
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que seremos capazes de criar o primeiro adesivo seco, sintético e
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dry adhesive. Many companies are interested in this.
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auto-limpante. Muitas companhias estão interessadas nisto.
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(Laughter)
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(Risos)
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We also presented to Nike even.
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Até apresentamos para a Nike.
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(Laughter)
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(Risos)
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(Applause)
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(Aplausos)
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We'll see where this goes. We were so excited about this
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Vamos ver até onde isto vai. Estamos tão otimistas
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that we realized that that small-size scale --
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neste caso que notamos que nesta escala tão pequena,
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and where everything gets sticky, and gravity doesn't matter anymore --
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e onde tudo tende a aderir, e a gravidade não importa mais,
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we needed to look at ants and their feet, because
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precisamos olhar para os pés das formigas, porque
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one of my other colleagues at Berkeley has built a six-millimeter silicone
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um dos meus colegas em Berkeley, construiu um robô de silício de 6 milímetros
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robot with legs. But it gets stuck. It doesn't move very well.
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com pernas. Mas ele prende e não se move muito bem.
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But the ants do, and we'll figure out why, so that ultimately
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Mas as formigas se movem, e nós vamos descobrir o porquê, de modo que mais tarde
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we'll make this move. And imagine: you're going to be able
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vamos fazer ele funcionar. E, imagine, você vai poder ter enxames
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to have swarms of these six-millimeter robots available to run around.
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destes robôs de 6 milímetros andando por aí.
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Where's this going? I think you can see it already.
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Mas pra onde isto vai? Acho que você já sabe.
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Clearly, the Internet is already having eyes and ears,
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Obviamente a internet já tem olhos e ouvidos,
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you have web cams and so forth. But it's going to also have legs and hands.
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você tem web cams e tudo mais. Mas ela terá pernas e mãos.
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You're going to be able to do programmable
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Você poderá fazer trabalhos programáveis
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work through these kinds of robots, so that you can run,
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usando estes tipos de robôs, então você poderá correr,
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fly and swim anywhere. We saw David Kelly is at the beginning of that with his fish.
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voar e nadar em qualquer lugar. Vimos David Kelly no começo com seu peixe.
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So, in conclusion, I think the message is clear.
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em conclusão, a mensagem é clara.
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If you need a message, if nature's not enough, if you care about
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Se você precisa de uma mensagem, se a natureza não é o bastante, se você se importa
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search and rescue, or mine clearance, or medicine,
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com buscas e resgates, ou se livrar de minas terrestres, ou se importa com medicina,
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or the various things we're working on, we must preserve
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ou as várias coisas com as quais trabalhamos, precisamos preservar
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nature's designs, otherwise these secrets will be lost forever.
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o design da natureza, pois, de outra forma estes segredos vão se perder para sempre.
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Thank you.
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Obrigado.
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(Applause)
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9000
(Aplausos)
ABOUT THE SPEAKER
Robert Full - BiologistRobert Full studies cockroach legs and gecko feet. His research is helping build tomorrow's robots, based on evolution's ancient engineering.
Why you should listen
UC Berkeley biologist Robert Full is fascinated by the motion of creatures like cockroaches, crabs and geckos having many legs, unusual feet or talented tails. He has led an effort to demonstrate the value of learning from Nature by the creating interdisciplinary collaborations of biologists, engineers, mathematicians and computer scientists from academia and industry. He founded CiBER, the Center for interdisciplinary Bio-inspiration in Education and Research, and the Poly-PEDAL Laboratory, which studies the Performance, Energetics and Dynamics of Animal Locomotion (PEDAL) in many-footed creatures (Poly).
His research shows how studying a diversity of animals leads to the discovery of general principles which inspire the design of novel circuits, artificial muscles, exoskeletons, versatile scampering legged search-and-rescue robots and synthetic self-cleaning dry adhesives based on gecko feet. He is passionate about discovery-based education leading to innovation -- and he even helped Pixar’s insect animations in the film A Bug's Life.
Robert Full | Speaker | TED.com